JPS6224305A

JPS6224305A - 産業用ロボツトのサ−ボ異常検出方法

Info

Publication number: JPS6224305A
Application number: JP60162004A
Authority: JP
Inventors: Yukiji Shimomura; 霜村　来爾
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1985-07-24
Filing date: 1985-07-24
Publication date: 1987-02-02

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の利用分野〕本発明は、サーボ制御される産業用ロボットにおいて、
ロボット本体の異常動作を検出する方法に関する。

〔発明の背景〕

産業用ロボットにあっては、信頼性及び安全性を高める
為、ロボット本体の異常動作を検出するものが種々提案
され、実用に供されている。

例えば、可動部が位置決め停止した場合、目標値と実際
に停止した位置とに一定値以上の偏差が生じたときに異
常検出することが特開昭５１−３８９８２号公報に開示
されている。また或いは、可動部が目標値に移動する際
、その目標値までの移動時間を監視し、移動中に所定時
間が経過したときに異常検出するものがある。

前者は、外力によって瞬間的に一定値以上の偏差が生じ
た場合でも異常検出されるので、ロボットの作業能率が
低下するおそれがある。後者は、所定時間が経過しない
と異常検出できないので、所定時間内に異常が発生した
場合、その異常を直ちに検出できず、即応性に乏しい。

しかも、ティーチングのような手動運転時には目標値ま
での到達時間を予測することが難しく、手動動作中に所
定時間が経過した場合、不必要に異常検出されるおそれ
がある。

ところで、一般の産業用ロボットは、サーボ制御される
為、駆動源が指令値に対しある程度の時間遅れをもって
追従するので、指令値と、駆動源の現在値とに追従誤差
、即ち偏差が生じる。この偏差は、特に指令値の急激な
変化、即ち、駆動源が急激に加減速すると大きぐなり、
従って、駆動源の停止、低速、高速間においては偏差に
大きな巾がある。

そこで、この点を考慮して、前述の不具合を解消する為
には、予め指令値と現在値との偏差に基準値を設定して
おき、指令値と現在値との偏差の絶対値が、前記偏差の
基準値を越えた状態で、かつ一定基準時間続いたときに
異常検出することが容易に類推される。

しかし乍ら、そのようにした場合、前記偏差の基準値を
高速時にも適合できるように広い範囲に設定しなければ
ならず、そのため、特に手動運転時に駆動源が指定速度
より速くなった場合に危険を招き、安全性が低下する。

一方、偏差の基準値の範囲を小さくすると、安全性を向
上させることができるが、高速時に異常が頻発するので
、信頼性が極度に低下してしまう。

この点を解消する為には、運転状態の差異に拘らず、一
定量以下の偏差しか生じないものを製作する必要がある
が、その場合、駆動源としてのア　−クチュエータの容
量や剛性を不必要なまでに大きくしなければならず、或
いはアクチュエータを急加減速できるように複雑な制御
を必要とし、そのため、性能及びコスト面で難点がある
。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上記事情に鑑み、ロボットの動作モー
ドに応じて異常を検出することができ、また目標値まで
の移動時間内であっても迅速に異常検出できると共に、
瞬間的に外力が加わったとき徒らに異常検出することが
なく、更に信頼性及び安全性に優れ、実際の作業内容に
即した産業用ロボットの異常検出方法を提供するにある
。

〔発明の概要〕

前記の目的を達成せんが為、本発明は、産業用ロボット
の動作モードが電源投入時の停止状態と。

ティーチング等の手動運転状態と、プレイバックの自動
運転状態との３つの状態に大別できることに着目し、夫
々３つの動作モードに応じて偏差の基準値と時間の基準
値とを夫々予め設定しておく。

そして、何れかの動作モードで駆動源が制御されたとき
、駆動源に対する指令値と、駆動源の現在値との偏差の
絶対値が、その動作モードに応じた偏差の基準値と時間
の基準値との双方を越えたとき、サーボ異常とする。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を添付図面に従って説明する。

第１図は本発明方法を実施する為の産業用ロボットを示
している。この産業用ロボットは、大別すると、ロボッ
ト本体１と制御装置２とから構成されている。

前記ロボット本体１は、例えば多関節タイプの溶接ロボ
ットであって、旅回台３．支柱４．上腕５、前腕６１手
首７よりなる可動部と、これらを駆動させる為の駆動源
とを備えている。前記制御装置２は、ロボット本体１を
操作する為の操作部８と、ロボット本体１の動作状態を
表示する為の表示器９と、前記操作部８と略同様の機能
を持つ可搬形の操作部１０とを備えている。操作部１０
及び　　　　　　。

□ ８は、ロボット本体１の駆動源に対するサーボ電源のオ
ン−オフ、起動−停止を操作できるように構成されてい
る。

また制御装置２には、ロボット本体１の各々の　　　　
　　。

駆動源をサーボ制御する為にサーボ制御回路１１が夫々
内蔵されている。

該サーボ制御回路１１は、第２図に示すように。

指令手段１２からの指令によって駆動源としてのアクチ
ュエータ１３を駆動させるが、その際２位置検出器１４
がアクチュエータ１３の位置を検出してその検出信号を
カウンタ回路１５に出力すると、カウンタ回路１５がそ
の入力信号をカウントしてアクチュエータ１３の現在値
ｄを求める。そして、指令値ｇと現在値ｄとの偏差Ｅを
演算し、その偏差Ｅ信号がリミッタ１６．　Ｄ／Ａ変換
器１７を介しサーボアンプ１８に入力することにより、
サーボアンプ１８が偏差Ｅに応じてアクチュエータ１３
を駆動制御させる。

なお、１９は速度検出器である。

このようなサーボ制御回路１１は、第３図に示すように
、マイクロプロセッサ２０を用い、該マイクロプロセッ
サ２０が指令値ｇ及び現在値ｄの取込みとその偏差Ｅの
演算とをできるようになっている。

因みに前記マイクロプロセッサ２０は、第４図に示すよ
うに、ＣＰＵ部２部上１プログラム用メモリ２２と、入
口ポート２３と、出力ポート２４とをデータバス２５上
に接続して構成されている。

しかして、産業用ロボットには、ロボット本体１を動作
させるとき、ロボット本体１の動作シーケンス等を教示
するプログラミングモートと、ロボット本体１を手動で
操作して動作経路や補間条件等を教示するティーチング
モードと、教示された内容に従ってロボット本体１を忠
実に動作させるプレイバックモードとの動作モードがあ
る。これらの各動作モードは操作部８によって選択でき
るように構成されており、かつ前記サーボ制御回路１１
への通電状態で分けると、プレイバックモードによる自
動運転状態、ティーチングモードによる手動運転状態、
プログラミングモードによる停止状態、の３つに大別さ
れる。前記停止状態とは、サーボ制御回路１１への通電
下においてアクチュエータに起動や停止のような指令が
送付されていないときのアクチュエータの停止状態であ
り、手動及び自動運転時のような停止指令による停止状
態とは基本的に異なるものである。

前記自動運転状態及び手動運転状態並びに停止状態にお
いては、夫々の動作モードに応じ、指令値ｇと現在値ｄ
との偏差Ｅに差が生じる。即ち、自動運転状態ではロボ
ット本体１が高速動作する場合もあるので偏差Ｅが大き
く、手動運転状態では作業者がロボット本体１に接近す
るので安全上の見地から低速動作とする為に偏差が小さ
く、停止状態では偏差が殆どないと云うことになる。従
って、夫々の動作モードにおける偏差の関係は。

下記の関係になる。

ＥＡ＞Ｅ）Ｊ＞ＥＰ　　・・・・・・・・・・・・・・
・（１）但し、ＥＡ：自動運転時の偏差量ＥＭ：手動運転時の偏差量ＥＰ：停止状態の偏差量そこで本発明方法においては、前記（１）式に着目し、
駆動源１３に対する指令値と、駆動源の駆動されるべき
現在値との偏差に、夫々の動作モードに応じて基準値Ｅ
Ａｉ＋　ＥＭ　ｉ＋　ＥＰｉを予め設定しておく。この
偏差基準値ＥＡｉｔ　ＥＭ　ｉｙ　ＥＰ（は、偏差の絶
対値と比較する為の目安となるものであり、夫々が自動
運転状態１手動運転状態、停止状態に対応している。な
お、前記偏差基準値ＥＡｉｐＥＭ＋ｅＥＩＮは各々の駆
動源１３ごとに適宜の値に選定される。

また、前記夫々の偏差基準値ＥＡｉ＋ＥＭ　ｉ、ＥＰｉ
に対応させて時間の基準値ｊＡｉｙ　ｊＭｉｙ　ｔＰｉ
も予め夫々設定しておく。該時間基準値ｊＡｉ＋ｔＭｉ
ｔｔＰｉの夫々は、ロボット本体１の可動部が動作開始
時のようにある瞬間だけ、偏差の基準値ＥＡｉ＋ＥＭｉ
ｔＥＰ＋を越えることがあるので、この瞬間的に大きな
偏差を許容できるように適宜の時間に設定されている。

この時間の基準値ｔＡｉ＋ｔｌＪｉ＋ｊＰ＋も偏差の基
準値と同様前記（１）式に準じた大小関係となっている
。

゛前記時間基準値ｔＡｉｙ　ｔＭｉ＋　ｔＰｉと偏差基
準値ＥＡｉｙ　ＥＭｉｐ　ＥＰｉとは、第５図（ａ）、
　（ｂ）に示すように、夫々が互いにプログラム用メモ
リ２２内の基準値テーブルに動作モード別に格納され、
動作モードに応じて呼び出されるようになっている。

そして、ロボット本体１を運転したとき、指令値と実際
の現在値との偏差の絶対値が、その動作モードに応じた
偏差基準値と時間基準値との双方を越えたとき、サーボ
異常と判定するようになつている。即ち、自動運転状態
においては偏差の絶対値がその偏差基準値ＥＡｉと基準
時間値ｔＡｉとを越えると、また手動運転状態において
は偏差の絶対値がその偏差基準値ＥＭＩと基準時間値ｔ
ＩＪ　＋とを越えると、さらに停止状態においては偏差
の絶対値が偏差基準値ＥＰｉと基準時間値ｔＰｉとを越
えると、夫々サーボ異常とするようになっている。

このサーボ異常の判定はＣＰＵ部２１によって行なわれ
、該ＣＰＵ部２１はサーボ異常の判定後直ちにサーボ制
御回路１１への電源を遮断したり２表示器９にその旨を
表示する等の処理を行なえるようになっている。

次に、本発明方法の具体的な動作を第６図のフローで示
す。

即ち、Ｓｌｌにおいてサーボ制御が正常に行なわれてい
るか否かが判定される。該判定結果、正常に行なわれて
いない場合には後述するサーボ異常処理を行う（５２０
）、一方、正常に行なわれている場合は、指令値ｇを取
込み（Ｓ１２）、また現在値ｄを取込み（Ｓ１３）、偏
差の絶対値Ｅ＝Ｉｇ−ｄｌを演算する（　Ｓ　１４）。

そして、偏差の絶対値Ｅが、サーボ異常検出定数ＥＲ１
即ち動作モードに応じた偏差基準値より大きいか否かが
判定される（Ｓ　１５）。該判定結果、絶対値Ｅがサー
ボ異常検出定数ＥＲより小さい場合には、Ｓ１９以降の
処理を実行するが、サーボ異常検出定数ＥＲより大きい
と、絶対値Ｅの継続している時間がカウントされ（８１
６）、カウントされた時間ｔが、時間のサーボ異常検出
定数ｔＲ即ち動作モードに応じた時間基準値より大きい
か否かが判定される（ＳＬ？）。

該判定結果、前記時間のサーボ異常検出定数ｔＲより小
さい場合には、Ｓ１９以降の処理が行われるが、逆に大
きいと、次の処理（５１８）が行われる。

即ち、サーボ異常信号がロボット本体１の緊急停止やサ
ーボ制御回路１１への電源遮断等を行うべきハードがわ
に出力されると共に、異常フラグがセットされ（８１８
）、一定時間の経過後（Ｓ１９）、Ｓ１１の処理が行わ
れる。この場合、Ｓｌｌの処理結果、８１ｇの処理によ
ってサーボ制御が正常に行われていない判定がされるの
で１表示器９に異常表示する等のサーボ異常処理を行な
って、その旨を作業者に知らせる。

このように、偏差基準値と時間値との双方が予め動作モ
ードに応じて夫々設定され、しかもそれら双方の基準値
を越えたときにサーボ異常と判定するので、サーボ異常
の判定基準を動作モードの種類に応じて確実に変更させ
ることができる。

その結果、指令値と現在値との偏差のみによって異常判
定する公知例と比較すると、瞬間的に外力が加わって偏
差が大きくなっても、徒に異常処理されることがなく、
また目標値までの到達時間によって異常判定する公知例
と比較すると、異常が発生したとき直ちに異常処理でき
るので、即応性を持たせることができる。さらに、手動
運転状態では自動運転状態より小さい範囲の基準値に選
定すれば、駆動源１３が自動運転時の許容範囲内で暴走
することがなくなり、そのため、可動部が作業者や周囲
の物体に当たるおそれが解消されるので安全性を高める
ことができる。しかも、精緻にサーボ異常を判定するの
で、それだけ信頼性を高めることもできる。

第７図及び第８図は本発明方法の第２の実施例を示して
いる。この場合は、自動運転時では実際に低速と高速と
の何れの動作もあることを考慮し。

自動運転時にのみサーボ異常検出定数を高速用と低速用
とに２種類設定し、これに基づいてサーボ異常を検出で
きるようにしている。

即ち、自動運転時には、高速用のサーボ異常検出定数と
しての前記偏差基準値ＥＡｔと時間基準値ｉＡｉとを設
定する他、低速用のサーボ異常検出定数として、偏差基
準値ＥＡＬｉと時間基準値ｊＡＬｉとを予め夫々設定し
ておく。この場合、夫々の基準値は、ＥＡｉ＞　ＥＡＬｉＬＡ＋＜ｔＡｔ＋として、互いに数倍〜数十倍の大小関係に設定する。

そして、動作モードが自動運転に切換えられたとき、指
令値ｇと現在値ｄとの偏差の絶対値Ｅが。

低速用サーボ異常検出定数としての偏差基準値ＥＡＬと
時間基準値ｔＡＬとを越えたとき、もしくは高速用サー
ボ異常検出定数としての偏差基準値Ｅ＾と基準時間値ｔ
Ａとを越えたときにサーボ異常を検出できるようになっ
ている。なお、第８図において第６図と同様の処理内容
のものについては同一符号を付しであるので、ここでは
省略する。

従って、この実施例によれば、低速及び高速の２つの判
定基準に基づいてサーボ異常を検出するので、自動運転
の実状に即してより精緻に検出することができる。

また、低速用の処理内容（Ｓ１０５〜Ｓ　１０７）と高
速用の処理内容（３１０８〜Ｓ　１１０）とは、低速〜
高速間で常時行なうので、低速時及び高速時に夫々の速
度判定を行うものと比較すると、制御部の処理を筒略化
することができる。しかも、低速用の処理内容（Ｓ　Ｌ
０５〜Ｓ　１０７）が、手動運転時と停止状態とでは機
能しないので、処理のいっそうの簡略化を図ることがで
きる。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明方法は、各々の動作モードに
応じて偏差基準値と時間基準値とを予め設定し、何れか
一方の動作モードで駆動源を制御した場合、偏差の絶対
値が、その動作モードに応じた偏差基準値と時間基準値
との双方を越えたときにサーボ異常とするので、目櫟値
までの到達時間内であっても迅速に異常検出することが
できると共に、瞬間的に外力が加わっても徒に異常検出
することがない。しかも精緻に異常検出することができ
るので、安全性を高めることができると共に、信頼性を
高めることもでき、実際の作業内容に即したサーボ異常
を検出することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を適用した一実施例を示す溶接ロボ
ットの全体図、第２図はサーボ制御回路図、第３図はマ
イクロプロセッサを用いたサーボ制御回路図、第４図は
マイクロプロセッサの概略図、第５図（ａ）及び（ｂ）
は本発明方法の要部を示す説明図及びフローチャート、
第６＠は処理内容を示すフローチャート、第７図は本発
明方法の第２の実施例を示す説明図、第８図は処理内容
を示すフローチャートである。１・・・ロボット本体、３〜７・・・可動部、１３・・
・駆動源、２・・・制御部、１１・・・サーボ制御回路
、ＥＡ・・・自動運転状態の偏差基準値、ＥＭ・・・手
動運転状態の偏差基準値、ＥＰ・・・停止状態の偏差基
準値、ｔＡ・・・自動運転状態の時間基準値、ｔＭ・・
・手動運転状態の時間基準値、ｔｐ・・・停止状態の時
間基準値、ｇ・・指令値、ｄ・・・現在値、Ｅ・・・偏
差、ＥＡＬ・・・自動運転状態における低速用の偏差基
準値、ｔＡＬ・・・自動運転状態における低速用の時間
基準値。

Claims

【特許請求の範囲】１、各々の可動部を駆動させる駆動源を、通電下におけ
る停止状態と手動運転状態と自動運転状態との何れか一
方の動作モードでサーボ制御させる産業用ロボットにお
いて、前記駆動源に対する指令値と、駆動源の駆動され
るべき現在値との偏差に、動作モードに応じて基準値を
予め夫々設定すると共に、該夫々の偏差基準値と対応さ
せて時間基準値を設定し、前記駆動源を何れか一方の動
作モードで制御させた場合、指令値と実際の現在値との
偏差の絶対値が、その動作モードに応じた偏差基準値と
時間基準値との双方を越えたときにサーボ異常とするこ
とを特徴とする産業用ロボットのサーボ異常検出方法。２、特許請求の範囲第１項において、前記偏差の基準値
及び時間基準値は自動運転状態において高速用と低速用
との２種類に設定され、何れか一方の偏差基準値及び時
間基準値を越えたときに自動運転状態でのサーボ異常と
することを特徴とする産業用ロボットのサーボ異常検出
方法。